胍——從手性堿到不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化劑

    通過(guò)近20年的發(fā)展，有機(jī)小分子不對(duì)稱(chēng)催化已經(jīng)成為和金屬不對(duì)稱(chēng)催化并稱(chēng)的一個(gè)領(lǐng)域。有機(jī)小分子催化劑也從最初的手性proline類(lèi)催化劑發(fā)展到了今天眾多的手性Br?nsted酸/堿類(lèi)催化劑，Lewis酸/堿類(lèi)催化劑，氫鍵類(lèi)催化劑，親核類(lèi)催化劑，有機(jī)光反應(yīng)催化劑等。Br?nsted堿作為一類(lèi)重要的試劑，廣泛的存在于各類(lèi)化學(xué)中。通過(guò)手性Br?nsted堿催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)的轉(zhuǎn)換是制備眾多手性分子強(qiáng)有效的方法。

    新加坡南洋理工大學(xué)的陳俊豐教授利用手性雙環(huán)胍作為手性強(qiáng)堿催化劑實(shí)現(xiàn)了D-A反應(yīng)、Mannich反應(yīng)、Michael反應(yīng)、脫羧反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、胺基化反應(yīng)、氘試劑交換反應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)質(zhì)子化反應(yīng)等眾多不對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)化（圖1）。

圖1. 手性胍催化的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)

      在2011年，陳俊豐課題組基于胍的共軛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一種手性胍鹽（Pentanidium and Bisguanidinium）做為全新的一類(lèi)手性不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化劑（圖2）。不同于傳統(tǒng)的sp³季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑，胍鹽具有sp²共軛結(jié)構(gòu)，所以具有不同的催化活性。

圖2. 手性雙環(huán)胍與手性胍鹽

    該課題組利用手性胍鹽實(shí)現(xiàn)了對(duì)映選擇性的加成反應(yīng)、烷基化反應(yīng)、羥基化反應(yīng)以及氧化反應(yīng)（圖3）。其中的氧化反應(yīng)可以體現(xiàn)出手性胍鹽相轉(zhuǎn)移催化劑與季銨鹽類(lèi)相轉(zhuǎn)移催化劑的不同，手性胍鹽催化劑可以在強(qiáng)氧化劑的條件下穩(wěn)定的存在（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 10677）。

圖3. 手性胍鹽催化的不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移反應(yīng)

    最近，該小組又利用手性胍鹽作為相轉(zhuǎn)移催化劑解決了傳統(tǒng)相轉(zhuǎn)移催化中的一個(gè)難題：如何在不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化中尋找到既具有較強(qiáng)堿性又具有溫和親和性的堿（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9935）。

他們的策略是通過(guò)活化一個(gè)潛在堿（probase）原位產(chǎn)生大位阻強(qiáng)堿，然后強(qiáng)堿在手性催化劑的控制下促進(jìn)反應(yīng)的完成。比較有趣的是，在研究反應(yīng)的過(guò)程中，作者發(fā)現(xiàn)有烯醇硅醚類(lèi)化合物生成。通過(guò)一系列驗(yàn)證機(jī)理實(shí)驗(yàn)，最終確定了手性高價(jià)硅離子對(duì)（chiral silicate ion pair）是整個(gè)反應(yīng)中真正的活性中間體。

圖4. 不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化中的潛在堿（probase）策略

該論文作者為：Bo Teng, Wenchao Chen, Shen Dong, Choon Wee Kee, Dhika Aditya Gandamana, Lili Zong, Choon-Hong Tan

原文（掃描或長(zhǎng)按二維碼，識(shí)別后直達(dá)原文頁(yè)面）： 

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b05053

Pentanidium- and Bisguanidinium-Catalyzed Enantioselective Alkylations Using Silylamide as Br?nsted Probase

J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9935-9940, DOI: 10.1021/jacs.6b05053

陳俊豐博士簡(jiǎn)介

陳俊豐（Tan Choon-Hong），新加坡南洋理工大學(xué)教授。

1999年英國(guó)劍橋大學(xué)獲得博士學(xué)位。

2000年至2002年，哈佛大學(xué)博士后。

2002年至2003年，哈佛醫(yī)學(xué)院研究助理。

2003年至2012年，新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）助理教授/副教授。

2012年至今，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）副教授/教授。

http://www.x-mol.com/university/faculty/4457 

科研思路分析

Q：在潛在堿課題中遇到的最大挑戰(zhàn)是什么？

A：在這個(gè)課題中，遇到比較大的挑戰(zhàn)是找到合適的潛在堿以及機(jī)理的證明。我們嘗試了多種商品化以及自己合成的硅試劑，最終找到了符合我們目標(biāo)的潛在堿。在機(jī)理的證明中，我們也做了大量相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明，同時(shí)期望運(yùn)用各種檢測(cè)手段抓到高價(jià)硅中間體。

Q：不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)這些年取得了很多進(jìn)展，課題組今后對(duì)不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化的發(fā)展方向有什么判斷？

A：確實(shí)，最近10年來(lái)在不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化領(lǐng)域有很多進(jìn)展，但是大部分不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)局限于Br?nsted堿類(lèi)型的反應(yīng)。我們課題組希望在不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化這個(gè)領(lǐng)域里專(zhuān)注于兩個(gè)方面的研究。一個(gè)是解決Br?nsted堿類(lèi)反應(yīng)中沒(méi)有解決的問(wèn)題，比如前體堿策略的開(kāi)發(fā)（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9935）。另一個(gè)方面是我們希望用我們手性胍鹽催化劑開(kāi)發(fā)更多類(lèi)型的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)，例如我們?cè)?015年發(fā)表的高錳酸鉀的不對(duì)稱(chēng)氧化（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 10677），在2016年實(shí)現(xiàn)的手性胍鹽控制金屬陰離子的不對(duì)稱(chēng)氧化反應(yīng) （Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 7101）。未來(lái)，我們希望實(shí)現(xiàn)更多金屬（如：Pd、Cu、Fe等）參與的不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)以及自由基的不對(duì)稱(chēng)相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)。

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